三电阶段划分

三电系统工程设计阶段划分及工作内容
韩进生王治中
摘要提出了由计算机系统、电气传动系统、自动化仪表系统组成的三电系统设计阶段划分的方法及各阶段的主要任务和工作要点，以适应现代化大中型工程自动化系统设计的需要。

还介绍了三电系统调试步骤及要求。

关键词三电系统基本设计详细设计自动化
Division for engineering stage of automatic system and its working content
Han Jinsheng Wang Zhizhong
(Design Institute of Taiyuan Iron and Steel Group Co Ltd Taiyuan 030009)
Abstract The division methods of design stage for automatic system which consists of computer, electric drive and instrumentation system, their major assignment and main points are presented, to meet the needs for the design of automatic system of great modernization projects. The steps and requirements to commission automatic system are also
introduced.
Key words computer, electric drive and instrumentation system; basic design; detail design; automation
工业生产自动控制主要由计算机系统、电气传动系统、自动化仪表系统来实现，工业自动化系统国内常称为三电系统。

由于计算机技术的发展和自动化控制水平的提高，三电系统发生了以下变化：
(1)工业生产自动化控制水平提高，控制范围和控制功能扩大，使生产效率提高。

三电系统复杂性增加，大大增加了三电系统的设计难度。

(2)广泛采用计算机控制。

电气传动广泛采用数字控制技术，采用计算机或PC(可编程序控制器)控制。

自动化仪表则采用计算机、集散系统或PC控制。

计算机控制与电气控制、自动化仪表控制已无明显的界限。

(3)软件设计的工作量和复杂程度大为增加，采用直接编程序的方法已不适用。

软件设计需要采用软件工程的方法进行设计。

现代化大中型工程三电系统的设计，如果按照传统的可行性研究、初步设计、施工图设计三阶段设计的方式，已经很难进行设计。

如何进行三电系统的设计需要进行认真的研究。

现代化大中型工程三电系统的设计应当采用科学的设计方法，合理地划分设计阶段，按照各阶段的要求进行设计，才能使设计工作顺利进行并有效提高设计质量。

经过一些工程的实践，我们认为大中型工程三电系统的设计可以划分为可行性研究、功能分析、基本设计、详细设计与施工图设计、软件编程、调试6个阶段。

其中软件编程和调试是三电系统设计过程的延续，也是设计工作的一部分，这里也分别说明。

1可行性研究
可行性研究的目的是用最小的代价和尽可能短的时间，确定工程目标是否能够实现，问题是否能够解决，是否值得去解决，以决定该项目是否应该立项。

可行性研究的产品是可行性研究报告。

可行性研究主要包括技术可行性和经济可行性两个方面。

技术可行性主要论证现有技术条件下问题能否解决，经济可行性主要进行投资和收益的分析，即技术经济分析。

三电系统作为整个工程的一部分，其技术经济分析通常和整个工程统一进行。

在技术方面可行性研究报告主要包括：
(1)三电系统包括的专业内容和设计范围；
(2)项目设计原则；
(3)三电系统的组成；
(4)三电系统主要功能；
(5)主要控制思想和控制水平；
(6)项目技术装备水平和主要设备；
(7)关键技术的实现方案；
(8)系统控制精度；
(9)提出几种设计方案，进行分析比较；
(10)研究结论。

2功能分析
功能分析是非常重要又必不可少的一个设计阶段。

这个阶段应对整个系统进行全面的系统的分析，根据工艺要求和生产实际提出各项功能及科学合理的性能指标要求，编制三电系统功能要求说明书。

功能要求说明书是三电系统设计的依据，它编制的好坏对以后各阶段的工作都有很大影响。

一份高质量的功能要求说明书将为后来的工作奠定良好的基础。

这个阶段还应编写初步的用户手册。

三电系统功能要求说明书应由工艺专业和各有关专业共同编制。

它有以下内容：
(1)编制依据及编制说明；
(2)项目总体情况及要求；
(3)生产工艺流程，各种参数，工艺设备计算方法及有关说明；
(4)工艺设备组成及规格性能；
(5)机电设备组成及规格性能；
(6)工艺设备布置图；
(7)分析确定各项功能，作出具体规定，提出控制要求；
(8)说明对性能的规定，如控制精度、响应速度等；
(9)工艺设备运转方案、联锁要求；
(10)操作方式、操作要求及说明；
(11)系统可靠性要求；
(12)CRT画面及打印内容；
(13)项目开发计划；
(14)其它有关说明及要求。

3基本设计
基本设计又称概要设计或初步设计，它是三电系统的高阶段设计。

基本设计主要解决功能要求说明书提出的问题应该如何实现。

它主要是对系统进行总体设计，既包括硬件设备总体设计，也包括软件系统总体设计。

三电系统包括计算机、电气传动、自动化仪表3个专业的技术内容，设计中应解决好各专业之间的接口配合和软件与硬件的设计衔接。

基本设计阶段应编制三电系统基本设计说明书，此外还编制三电系统调试规格书。

三电系统基本设计说明书包括以下内容：
(1)设计依据；
(2)工艺设备、工艺流程及工艺要求；
(3)设计范围和专业分工；
(4)三电系统组成及主要功能；
(5)主要控制思想及控制水平；
(6)系统硬件设计；
(7)软件系统设计；
(8)系统运行方式或操作方式设计与说明；
(9)I／O接口设计；
(10)系统可靠性。

其中硬件系统的设计包括下列内容：
(1)硬件设备选型原则；
(2)系统总网络和分级网络构成；
(3)数据通信及信息传递；
(4)计算机系统分级情况和硬件配置；
(5)电气传动设备组成及选型，电气传动性能及有关参数；
(6)自动化仪表设备组成及选型，自动化仪表主要性能参数；
(7)检测装置组成及选型，检测装置性能、参数及主要功能。

计算机软件包括各级计算机软件。

计算机应用软件应该是结构清晰、层次分明的模块组合。

这个阶段主要是从整体上、结构上进行设计，而不涉及模块内部的过程细节。

软件的总体设计包括：
(1)应用软件的运行环境和支持软件；
(2)三电系统以及各子系统的功能分配及功能说明
(3)建立应用软件总体结构，定义子系统及功能模块，说明各功能模块各层次之间的关系，描述子系统或功能模块的接口界面；
(4)设计数据结构或数据库，描述数据结构与程序的关系；
(5)数学模型说明；
(6)应用软件处理流程和数据流程；
(7)CRT画面格式及报表格式；
(8)可靠性及系统维护考虑。

4详细设计与施工图设计
基本设计完成之后，就要进行详细设计与施工图设计。

详细设计和施工图设计可同时分别进行。

施工图设计包括三电系统及其子系统的设计计算和系统图、原理图、配置图、流程图、盘台箱柜设计、接线与配线图等3个专业的全套图纸设计。

同时，还应进行计算机输入输出接口设计，列出详细的I／O清单。

详细设计主要以计算机软件设计为主。

其主要任务是：
(1)对基本设计已经产生的功能模块进行细化，形成若干个可编程的程序模块；
(2)对每个模块内部的处理过程进行具体的设计，并进行详细的无岐义的描述，编制详细设计说明书，说明控制流程、处理功能、数据组织和其它实现细节；
(3)确定各程序模块之间的详细接口信息。

详细设计采用的工具可以是图形(如流程图)、表格、语言等。

详细设计说明书是编写程序的依据。

详细设计完成之后，应能够根据其直接进行程序编码。

详细设计说明书包括以下内容。

(1)软件总体情况。

(2)软件结构，说明每个程序模块及子程序的层次结构关系。

(3)对每个程序分别设计并描述：
.说明其特点和处理要求；
.说明每个程序具有的功能和性能要求；
.每个输入项、输出项的特性和要求；
.详细说明每个程序算法，具体的计算公式和计算步骤；
.用图表表示逻辑流程并加以说明；
.说明模块之间的相互关系，调用方式，参数赋值；
.说明程序存储分配及有关要求；
.说明程序的运行限制条件；
.程序注释要求。

(4)数据结构或数据库说明：
.数据结构或数据库的必要说明；
.支持软件说明；
.数据形式定义；
.数据逻辑结构；
.数据物理结构；
.用图表表示数据信息流程。

(5)可靠性要求。

(6)编程约定及其它有关说明。

5软件编程
软件编程又称程序编码，它是把详细设计转化为源程序的过程。

在详细设计说明书中已经明确定义了每个模块的内部结构和处理流程，编写程序则是把对设计的描述译成已经确定的程序设计语言。

在
软件编程阶段还要进行软件的分步测试。

软件编程阶段应编写出用户手册，列出程序清单。

6调试与调试规格书
三电系统调试是消除系统错误、实现系统功能、使系统达到最佳的重要手段。

为了优化调试过程，提高调试质量，加快调试进度，使调试过程科学化、规范化，在调试之前应编写三电系统调试规格书。

调试规格书既要说明系统总体调试方案，还要分阶段对每个调试项目逐项说明调试要求。

调试规格书主要包括以下内容：
(1)调试目的；
(2)调试方案；
(3)调试步骤与调试方法；
(4)调试应达到的功能和性能指标；
(5)应具备的条件和调试前的准备；
(6)调试需要的工具材料；
(7)人员要求；
(8)时间安排；
(9)其它有关说明和要求。

调试规格书应在基本设计阶段和详细设计阶段分别完成。

在基本设计阶段应做出三电系统总体调试方案；在详细设计阶段，则应写出软件模块测试要求，并完善全部调试规格书。

三电系统的调试，一般可分为以下几个阶段。

(1)软件的分步测试。

.程序模块测试。

这是对每个模块分别进行测试，检测各个程序模块的输入输出，验证模块完成功能正确与否。

程序模块测试应在软件编程阶段进行。

.组装测试。

组装测试是把经过测试的软件模块组装起来，以形成完整的软件系统。

组装测试可采用“自顶向下”或“自底向上”的方法逐步完成。

.软件系统调试。

可在实验室模拟生产过程，对软件进行全面调试。

(2)现场前期调试。

现场调试应在设备安装完成和各种相关条件具备之后进行。

这个阶段包括：
.对计算机设备、传动设备、自动化仪表及检测装置分别进行调试并达到性能指标；
.网络调试，数据传输正确，达到性能指标；
.软件系统恢复调试；
.I／O接口信号测试。

(3)无负荷试车。

.自动化仪表回路调试；
.带设备单机试车；
.无负荷联动试车。

可根据系统大小，分系统、分区域、分步调试。

(4)热负荷试车。

热负荷试车是带有生产负荷的试车，应具备全部生产条件后进行。

热负荷试车期间，可在生产条件下优化参数和调试数学模型，以使系统性能指标达到最佳。

7设计文件汇总
各个设计文件的编制阶段见表1。

表1 设计文件的编制阶段
8结束语
目前，国内大型工程三电系统多由国外承担设计。

以冶金系统为例，冶金行业规模最大的自动化系统——带钢热连轧三电系统，多年来就是一直依赖外国公司设计。

太钢热连轧三电系统首次由国内自行设计获得成功，为大型自动化工程国产化取得了一定的经验。

本文提出的内容曾在该工程中得到应用，同时本文也是作者的体会和总结。

作者简介：韩进生，男，1943年生，高级工程师，主要从事电气专业计算机专业设计工作
作者单位：太原钢铁集团有限责任公司设计院太原030009
参考文献
1牛夏牧.工程软件技术基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.348～363
2张海藩.软件工程导论.北京：清华大学出版社，1997.。